选择温度变送器而不直接配线

发布时间：2005-11-22 作者：Gary Prentice，美国摩尔工业国际公司应用专家

　　当进行温度测量的时候，有两种方法可以实现将测量信号引入监测室或者控制室。
　　第一种方法是利用传感器的输出线将现场安装的RTD或者热电偶产生的信号（欧姆或者mV信号）传送出来 (见图 1) 。另外一种方法是在测量点附近安装温度变送器，变送器将传感器信号放大后通过双绞线传送到控制室内(见图 2)。

　　一般而言，直接配线策略较为便宜并且容易实现，从成本考虑，有些人只将变送器应用于很重要的回路中。
　　摩尔工业推出的基于微型处理器的现场安装型温度变送器具有高性能、价格合理等优势，其投资花费与直接配线策略的投资几乎相等。并且使用这样的智能仪表可以节省时间、避免维护仪表所产生的令人头疼的问题。特别是当测量点距离控制室很远时，这种类型的仪表的特点和优势更为突出。

　　为什么选择温度变送器而不直接配线？
　　1、减少配线费用
　　使用直接配线到控制系统的传感器需要远距离配线。远距离配线时，不仅导线本身十分容易破损，并且成本花费相当于普通的用于传送变送器4~20mA信号的屏蔽铜导线的三倍以上。
　　有些用户不愿意在现有的情况下改用变送器，因为他们错误地认为改用变送器的时候还需要重新使用新的铜导线传送 4~20mA信号。而事实不是这样，摩尔工业的温度变送器可以直接使用由传感器、RTD或者热电偶引出的导线将信号送到控制室而不需重新布线。这就意味着没有额外的安装时间或者安装材料的花费（包括安放导线的导管费用）产生，并且可以获得使用温度变送器的所有优势。

　　2、保护信号不受现场干扰的影响
　　目前在很多工业环境中，RFI （无线射频干扰）以及 EMI （电磁干扰）都会严重地影响过程信号。在消除RFI 和EMI 这些导致信号不稳定的干扰之前，需要考虑这些干扰源是什么，例如移动的或者静止的无线通讯设备、电视机以及手持对讲机、无线电控制的高空起重机、雷达、感应加热系统、静电、高速电源配电系统、高交流电流导线 、大的螺线管和继电器、变压器、交流以及直流电机、焊接机器以及荧光灯等。
　　如果工厂内部有这样的一台或者多台设备都将会产生 RFI/EMI 问题。有时这种问题不足以引起人们的注意，但是有时也将会严重到导致系统停车。
　　使用直接配线的方案，RTD（欧姆）或者热电偶（mV）产生的信号都将受到RFI/EMI的影响，并且传感器信号输出的导线都会成为RFI/EMI的天线而把工厂“干扰”导入导线中，从而影响被传输信号。相反的，一个设计合理的温度变送器先将传感器信号转换为模拟信号（一般为4~20mA），然后再传送，从而可以有效改善这一影响。经过放大以后的信号可以有效的抵抗 RFI/EMI干扰并且可以在有干扰的环境中进行远距离传输而不会影响精度。在选择合适的变送器的时候，用户也要仔细检查其抗RFI/EMI性能。如果没有特殊说明，那么说明这种变送器没有此功能特性，那么这类变送器不能应用于有噪声干扰的环境中。  

　　3、阻止地回路
　　确认选择的变送器是带隔离的， 摩尔工业变送器的输入/输出/电源信号带隔离保护信号不受地回路的影响。对于使用不接地的热电偶时，也是很重要的，因为要防止他们的绝缘体破损不起作用的情况。

　　4、减少硬件和存储成本
　　使用直接配线时，传感器类型和DCS以及PLC输入卡件相匹配是十分必要的。传感器输入卡每点要比4~20mA输入卡的每点昂贵的多，当一个工厂中使用大量的不同类型的传感器时，就需要购买大量的不同类型的卡件并准备相应的备件。这不仅仅是成本消耗的问题，不同类型的卡件也会给安装、维护以及调换带来很多不便。摩尔工业的温度变送器内含有一个微处理器，使得用户可以对仪表进行相应的组态从而适用于各种不同类型的输入型号，并且变送器的输出信号已经转换为4~20mA的标准信号。这样用户可以选择较为便宜的接收4~20mA 信号的DCS 和PLC输入卡件。

　　5、实现不同类型传感器和应用的完美匹配
　　使用智能温度变送器策略，用户可以方便地更换传感器并对不同的传感器类型进行再组态操作，而不用改变回路双绞线和4~20mA输入线。因为用户不知道最终使用何种传感器，因此购买一个可以接收所有常用温度传感器类型和温度范围的通用变送器 (见图3)。

　　6、加强精确性和稳定性
　　使用温度变送器可以加强测量精度。DCS 和 PLC系统的测量读数在一个较宽的传感器范围内，众所周知，较小测量范围可以获得较高的测量精度。所以温度变送器可以被校准用于传感器全部测量能力内的任何区间中。测量精度比直接配线测量策略的精度要高很多。 在通用的Pt100 RTD，测量范围为200℃的传感器的情况下，摩尔工业的变送器测量精度级别为±0.13℃ (±0.23°F)
　　如果用户需要更高的精度，可以通过变送器的修整功能将变送器修整到精确地与某一种特定的传感器匹配。即使有的传感器被设计成为可以和某种输出曲线十分吻合，但是每一个传感器（即使很精确的）还会和要求有所偏差。而摩尔工业的变送器可以根据实际使用的每种传感器进行相应的修整，从而使得测量值精度很高。
　　利用传感器－变送器修整（Sensor-to-Transmitter Trimming）功能，可以提高测量精度。用户将传感器和变送器连接好，然后进行修整操作：首先获得稳定的温度值 (见图 4) ，变送器将“捕获”两个代表传感器上下限的读数，并将这两个值保存到内存里面；然后变送器使用这两个值补偿传感器规定的线性曲线值和实际测量值的偏差值 。当变送器带一个 1000 欧姆的RTD时，这样的修整将使得精度达到测量范围为100℃的 ±0.014℃ (±0.02鸉)的误差精度。

　　为了进一步加强测量精度，我们的变送器可以被修整到对所选零点和满量程区间的两点做出响应。这一优势使得整个测量区间都被监测到，并且同时又提高了其中很关键部分的测量区间的精度。例如，图5中，在20℃ 和27℃处使用了实际传感器曲线而不是理想的RTD曲线，这样使得这一段的精度大大提高。

　　7、简化工程和防止误接线
　　使用摩尔工业的变送器代替繁多的传感器导线和DCS/PLC 输入板的组合大大简化了工程设计和图纸设计，在设计时只需要标明类型（双绞线）和一个输入板类型（4~20mA）即可。 这样的一条导线和一个输入板的系统意味着将来的维护操作变得简单易行，并且大大降低和消除回路误接线的可能性。

　　8、简易的升级操作
　　整个工艺过程生产中，对某些设备的升级或者完全替换是经常发生的事情，工艺的改变或者生产的需要使得某些测量范围更改或者要求更高的测量精度，无论何种情况发生都需要用户对传感器的类型进行更改以适应新的工艺条件。 
　　在直接配置导线的系统中，改变传感器就意味着更换所有已存在的导线，然后安装新的导线或者更换控制系统的输入卡件使得与新的传感器类型相匹配。这样又产生了附加成本。

　　9、减少维护时间和维护成本
　　当仪表出现问题的时候，由于摩尔工业的温度变送器不仅可以方便的根据不同的输入类型和区间进行设置，还具有强大的传感器诊断功能，因此当问题出现的时候它可以对某些故障做出诊断，从而减少时间和金钱。
　　带智能诊断功能的温度变送器可以帮助用户追踪传感器操作并且快速的找出和诊断传感器故障，它可以连续的监测传感器工作，假如传感器出现断线或者其他诸如工作状态时停止发送信号之类的问题时，变送器都会发送一个超出上限或者下限值警告传感器故障或者其他意想不到的问题。而且，摩尔工业的变送器也可以通过一条出错信息告诉用户传感器的哪根导线断线，这一出错信息可以显示在仪表的LED上或者在计算机组态软件中显示。这样的出错信息使得用户无需拆除传感器或者检查所有的导线来查找问题的所在。

　　10、避免导线不均衡
　　摩尔工业的变送器允许使用4线制RTD作为输入，这样第四根导线可以有效消除由于导线不均衡而造成的输出错误。RTD传感器的导线所导致的每一欧姆不均衡电阻都会产生2.5℃的测量误差。严重的不均衡将从用户第一天投运试车开始存在而没有被觉察到，这一不均衡一般是由以下原因引起的：制造不一致性、导线长度不一样、连接处出现松动、端子腐蚀以及重压之下产生的弯曲变形等。
　　摩尔工业的智能温度变送器可以接收真正的4线制RTD输入并且对外部导线提供稳定的电流源。 通过内部含有的高阻抗回路测得压降，因为高阻抗回路本质上是没有电流的，因此电压直接和阻抗成比例，那么导线阻抗就可以忽略不计，最终可以得到一个较为准确的测量值，假定一般RTD的阻值加腐蚀，加导线电阻不超过2000 欧姆。一个4线制 RTD 和一个3线制的RTD是同等价格，但是它可以使用低价钱、小规格的标准尺而不必考虑会产生附加电阻。

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